KR100565127B1 - 확산 반사성 필름을 갖춘 조명 사인 하우징 - Google Patents

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Abstract

조명 사인 하우징에는 휘도 균일성을 향상시키면서, 주어진 휘도에 필요한 전력 소비를 줄이기 위해 필름의 반사성 및 휘도 균일성에 근거하여 선택되는 확산 반사성 필름이 제공된다.

Description

확산 반사성 필름을 갖춘 조명 사인 하우징{LIGHTED SIGN HOUSING WITH DIFFUSIVE REFLECTIVE FILM}
본 발명은 사인물(signage) 업계에서 사용하기 위한, 전력을 저감시키고 휘도 균일성을 향상시킨 필름에 관한 것이다.
조명 사인(lighted sign)은 현대 국가 어느 곳에든지 존재한다. 이 사인은 보는 사람을 교육하거나, 즐겁게 하거나, 정보를 제공하거나 경고할 수 있다. 이 사인은 근거리 또는 원거리에서 보이도록 설계될 수 있다. 조명 시설은, 특히 흐릿한 날이나 밤에 사람들이 메시지를 볼 수 있도록 설치되어 있다.
조명은 전력 에너지를 필요로 한다. 현대 국가들은 용이하게 전력을 공급할 수 있지만, 에너지 비용을 지불하는 사람들은 항상 더 효율적인 전력 전달과 더 효율적인 전력 사용을 추구하고 있다. 조명 사인에 전력을 공급하는 데 필요한 에너지는 경제와 환경적인 이유로 인해 낭비되면 안된다.
조명 사인은 "전방 조명" 또는 "후방 조명"으로 가능할 수 있다. 전자는 통상 광이 사인 주변으로부터 사인 쪽의 각도로 비추어지는 게시판이나 기타 디스플레이 등의 사인을 포함한다. 후자는 통상 광이 보이거나 메시지나 이미지가 배치되는 반투명 표면을 구비한다. 반투명 표면에서 발산하는 광의 균일성은 중요하다. 종종, 반투명 표면은 관찰자가 사인 하우징 내부의 광의 점광원 또는 선광원을 식별하는 것을 둔하게 하기 위해 광을 확산시키는 어떤 요소를 포함한다. 게다가, 오늘날 통상의 후방 조명 사인물은 광의 20 % 미만이 시각용 사인 내부로부터 빠져나가게 한다. 분명 효율성이 더 좋은 조명 시스템이 필요하다.
조명 사인은 소정의 구성으로 이루어질 수 있다. 광원으로는 네온, 형광, 백열광, 할로겐, HID(high intensity dischage), 발광 다이오드(LED) 및 광파이버가 가능하다. 사인은 빌딩에서 필수적이며, 빌딩에 지주없이 고정물 또는 기타 장치나 설비의 부분으로 설치 가능하다. 조명에는 연속적으로, 주기적으로, 일시적으로 또는 불규칙적으로 전력이 공급된다. 사인이 조명될 때마다, 사용 전력은 낭비되어서는 안된다.
조명 사인은 소정의 기하학적 구성이 될 수 있다.
의도 메시지를 전달하기 위해 복잡한 기하학의 주변 형상을 갖는 조명 사인은 주변 내에 의도 메시지를 갖는 유클리드 기하학에 의존하는 조명 사인과는 전적으로 다른 형상의 사인이다. 업계에서는 전자 형상의 사인예를 "채널 문자"라고 칭하고, "복잡한 형상의 조명 사인"이라고 일반적으로 불려질 수 있다. 후자는 사인 주변이 전달되는 메시지에 관계없기 때문에, "사인 캐비넷"이라고 칭해진다.
사인 캐비넷에 한정되지 않는 예에는 사각형, 계란형, 원형, 타원형 및 기타 유클리드 기하학 형상이 포함된다. 복잡한 형상의 조명 사인에 대해 한정되지 않는 예에는 문자, 도표, 실루엣, 부호 또는 광고, 교육, 경고 등으로 구매자를 도와주는 임의의 원하는 형상이 포함된다.
유클리드 기하학 사인 캐비넷의 조명은 광원이 실질적으로 사인의 시각 영역과 실질적으로 동일한 형상을 갖지 않는다면 광의 균일한 분배를 얻는 것이 곤란하기 때문에, 복잡한 형상의 조명 사인보다 예상 가능하다.
조명 사인물 기술에 필요한 것은 조명 사인의 효율성을 향상시킬 수 있고, 사인의 휘도 균일성을 향상시킬 뿐만 아니라 조명 사인에서 메시지를 디스플레이하는데 필요한 전력 소비를 저감시켜 줄 수 있는 재료이다. 특히, 사인 캐비넷이 복잡한 형상의 조명 사인이면 조명 사인물은 휘도 효율성 및 휘도 균일성에 모두 상당한 개선을 필요로 한다.
본 발명의 한 관점에 있어서, 복잡한 형상의 조명 사인 하우징은 복잡한 형상의 조명 사인 하우징의 내부 표면과 적어도 복잡한 형상의 내부 표면 일부에 도포될 필름을 포함하며, 상기 필름은 이러한 필름이 비도포된 복잡한 형상의 같은 사인 하우징보다 휘도 효율성 및 휘도 균일성을 모두 향상시켜 준다.
필름은 확산 반사성 필름, 반거울 반사성 필름, 및 확산 반사성 필름이 적층되거나 확산성 코팅이 코팅된 거울 반사성 필름으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것이 좋다.
"필름"은 사인 하우징과 접촉하기 전에 존재하는 얇은 가요성 시트를 의미한다.
"확산 반사성 필름"은 거울면 없이도 반사되는 필름을 의미한다. "반사성(Reflective)"은 ASTM(American Society for the Testing of Materials)에 의해 설정된 업계 표준인 ASTM E1164-94으로 나타내는 "반사율(Reflectivity)"의 파생어이다.
"휘도 균일성"은 반투명 표면으로부터 발산하는 광의 루멘스(lumens)가 표면 상의 여러 곳에서 실제적으로 균일하여, 사인 하우징 내부에서 광원의 위치를 실질적으로 특정하지 않는 사인이 되게 하는 것을 의미한다.
적어도 조명 사인 하우징의 내부 표면의 일부에 도포되는 본원 발명의 필름은 확산성 패널 또는 광 캐비넷의 측면과 뒷면에서 뒤로 반사하는 광의 루멘스 또는 광원에서의 광의 루멘스를 사로잡아, 그러한 빛이 다시 관찰자를 향하게 하여, 사인 하우징의 반투명 표면에 휘도 균일성을 제공한다.
본원 발명의 또다른 관점에서, 조명 사인 하우징은 하우징의 내부 표면과, 적어도 내부 표면의 일부에 도포된 필름을 포함하고, 상기 필름은 ASTM E1164-94를 사용하여 측정할 시에 적어도 80 %의 반사율을 갖고, 백색 입자로 채워진 폴리올레핀(polyolefin) 필름, 비상용성(incompatible) 폴리머 혼합물, 폴리올레핀 다층 필름, 미기공성(microvoided) 폴리올레핀 및 폴리에스테르 필름, 플루오르화 폴리올레핀 필름, 백색 입자로 채워진 비닐 염화물 폴리머 필름, 백색 입자로 채워진 아크릴 필름, 에틸렌-비닐 아세테이트 필름으로 동시 압출된 폴리올리핀 필름 및 이들의 합성물로 이루어진 그룹에서 선택된 확산 반사성 필름으로 구성된다.
본원 발명의 또다른 관점에서, 사인물용 필름 사용 방법에는 필름의 휘도 균일성 및 ASTM E1164-94에 의해 측정된 필름의 반사율에 따라 필름을 선택하는 단계가 포함되며, 상기 필름을 적어도 조명 사인 하우징의 내부 표면 일부에 도포하는 단계가 포함된다.
본 발명의 특징에서, 본원 필름의 반사율은 원하는 소비 전력 저감을 제공하도록 제어될 수 있으며, 당업자의 필요에 따라 휘도 균일성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 장점은 사인의 유용성 및 미적인 요소가 모두 사인물 내의 단일 요소에 의해 드러날 수 있도록, 사인용 전력을 확실하게 감소시켜 주면서 휘도 균일성의 향상을 제공한다.
그 이상의 특징 및 장점은 다음의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예로 명백해 질 것이다.
도 1은 사인 하우징의 사시도이다.
도 2는 본원 발명의 필름을 사용하는 사인 하우징의 사시도이다.
도 3은 이하의 실시예에서 휘도 및 휘도 균일성을 측정할 사인 하우징의 사시도이다.
도 1은 반투명 외장면(14)과, 2 개의 수평 내부 표면(16)과, 3 개의 수직 내부 표면(18)(외장면(14)에서 떨어진 1 개의 뒷면, 외장면(14)에 가까운 2 개의 표면) 및 하우징(12) 내부에 배치된 광원(20)을 구비하는 전체적으로 도면 부호 12로 나타내는 하우징(12)을 포함하는 사인(10)을 도시한다. 본원 발명의 필름은 적어도 하우징(12) 내부의 일부에, 수평 표면(16)과 수직 표면(18)과의 임의의 조합 표면의 임의의 양으로 도포될 수 있으며, 도포된 내부 표면 부분이 넓으면 넓을수록 광원으로부터의 광의 루멘스를 더 효율적으로 이용할 수 있기 때문에, 가급적 모든 표면(16, 18)의 전 부분에 도포되는 것이 좋다.
도 2는 사인 하우징 내부에 양호한 확산 반사성 필름 예를 나타낸다. 사인 캐비넷(30)은 알루미늄이나 스틸 등의 저렴하고 내열성 재료로 이루어진, 밀가공되거나 페인트된 기타 면들(34)을 구비하는 박스(33)의 전방 패널로서 부착된 필름(32)[미국 미네소타주 세이트 폴에 소재하는 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링에서 제조된 Panaflex(등록상표) 브랜드의 시리즈 645 또는 945 기판]상에서 이미지를 포함한다. 캐비넷(30)은 연장된 시간 간격을 초과하여 이미지 필름을 비추기 위해 적절한 광을 공급할 수 있는 광원(36)을 수용한다. 사인 캐비넷 내부에서의 반사 중에 루멘스 손실로 주로 밝은 광이 사용된다. 확산 반사성 필름(38)은 적어도 하나의 내부 표면에 배치되며, 가급적 흡수로 인한 손실 광의 양을 최소화하기 위해 캐비넷(30)의 5 개의 내부 표면에 전부 배치되는 것이 좋다.
필름
필름은 반사성 및 휘도 균일성 특성을 갖는 소정의 필름으로부터 선택될 수 있다. 되도록, 필름은 확산 반사성 필름, 반거울성 필름 및 확산 반사성 필름이 적층되거나 확산성 코팅제로 코팅된 거울성 필름으로 이루어진 그룹에서 선택된다. 가급적, 필름의 반사율은 ASTM E1164-94에 따라 측정되어 적어도 80 %이며, 90 %이상이면 더 바람직하다. 본원 발명에서 반사성 증가와 휘도 향상 사이에는 수학적 관계가 있다는 것이 밝혀진다. 첫번째 추정으로서, 90 %를 초과하는 반사율이 1 % 증가하면 사인의 휘도 및 조도는 5∼7 % 증가한다. 그러므로 수익 체감(diminishing returns) 법칙과 달리, 증가한 반사율을 갖는 필름을 찾아서 사용하려고 모든 노력을 기울여야 한다.
적어도 80 %의 반사율을 갖는 필름의 한정되지 않는 예에서는 고효율성 광 디바이스와, 확산적으로 반사하는 다층 초점 및 거울과, 미다공성(microporus) 막과, 백색 입자로 채워진 폴리올레핀 필름(미국 펜실베니아주 피츠버그에 소재하는 PPG에서 시판되는 Teslin(등록상표) 브랜드 필름 등)과, 비상용성 폴리머 혼합물(미국 델라웨어주 윌밍톤에 소재하는 듀퐁사에서 제조된 Melinex(등록상표) 브랜드의 폴리에스테르/폴리프로필렌 필름 등)과, 미기공성(microvoided) 폴리에스테르 필름과, 폴리올레핀 다층 필름(미국 델라웨어주 윌밍톤에 소재하는 듀퐁사에서 상업적으로 시판되는 Tyvek(등록상표) 브랜드의 폴리올레핀 필름 등)과, 백색 입자로 채워진 비닐 염화물 폴리머 필름과, 백색 입자로 채워진 아크릴 필름과, 에틸렌-비닐 아세테이트 필름과 동시 압출된 폴리올레핀 필름과, 제1 복굴절 상 및 다른 굴절율의 제2 상을 갖는 필름 및 이들의 화합물이 포함된다.
이러한 필름들은 미국 특허 제4,539,256호[시프만(Shipman) 등에게 허여]에 개괄적으로 개시되어 있는 열유도성 상 분리 필름인 것이 좋다.
필름은 통상 접착제가 도포된 주 표면을 갖는다. 이러한 접착제는 통상 필름의 저부(구현되는 실시예에 따라 연속적으로 또는 부분적으로)에 도포될 것이며, 사인 캐비넷, 벽, 판넬, 테이블, 플로어(floor), 블래스트(ballast), 변압기 및 기타 기판에 필름을 안전하게 부착시킬 수 있게 한다. 접착제 타입은 구현되는 사인물과, 기판의 특성 및 당업자들에게 공지된 기타 요인에 따라 선택된다. 예를 들어, 감압 접착제가 임의의 적용에 대해 바람직하며, 감압 특성 외에도, 접착제가 응고되거나 경화되기 전에 물품을 재위치시키거나 미끄러지게 하는 특성도 유리할 수 있다. 감압 특성이 상업적으로 우수한 사인 그래픽용 감압 특성 접착제는 미국 미네소타주 세인트 폴에 소재한 3M의 Scotchcal(등록상표) 앤드 Scotchcal(등록상표) Plus 브랜드로 시판되는 이미지 그래픽 웹에 이용 가능하다. 이렇게 유용성 있는 감압 접착제는 여러 특허에 개시되어 있다. 이러한 접착제들은 미국 특허 번호 제 5,141,790 호(칼오운 등), 제 5,229,207 호(파퀘트 등), 제 5,296,277 호(윌슨 등), 제 5,362,516 호(윌슨 등), PCT 특허 등록 제 WO 97/18246 호 및 출원 제 US 97/097274 호에 개시되었다. 필요할 때까지 접착층을 보호하기 위해 박리 라이너(release liner)를 사용할 수도 있다.
접착제 대신에, 임의의 공지된 방법으로 본원 발명 필름의 반대측 주 표면에 적층된다면, 기계적 패스너(fastner)를 사용할 수도 있다. 기계적 패스너의 제한되지 않은 예에는 미네소타마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니의 Scotchmate(등록상표) 및 Dual Lock(등록상표) 패스닝 시스템이 포함된다.
접착제에 의해, 상기 필름의 두께는 약 50∼500 ㎛ 범위이며, 가급적 75∼375 ㎛인 것이 좋다. 이 두께는 전기 규약 및 기타 규칙에 따라 유지하기 위해 사인(10)용 하우징 내부에서의 치수를 실질적으로 변경하는 일없이 접착제가 부착된 필름을 도 1에 도시된 바와 같이 하우징(12)의 임의의 내부 표면(16, 18)에 도포되게 할 수 있다.
본 발명의 유용성
도 2에 도시한 바와 같이, 조명 사인 캐비넷(30)은 필름(32)상에서 이미지를 디스플레이할 수 있다. 조명 사인 캐비넷의 내부 표면에 확산 반사성 필름을 도포함으로써 전력 소비를 50 %로 저감시키고 동일한 휘도 균일성으로 사인의 동일한 휘도 또는 조도를 달성할 수 있다.
이러한 유용성은 광도 및 균일성을 달성하기 위해 네온 광 또는 광파이버의 복수 연재(延在)에 의존하는 복잡한 형상의 조명 사인 하우징에서 특히 명백하게 된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 대문자 "G"의 형상에 있어서, 후방 조명 채널 문자는 휘도 효율성 및 휘도 균일성을 모두 처리해야 하는 매우 복잡한 형상의 내부 표면이다. 본원 발명의 반거울성, 확산 또는 확산/거울성 적층물 또는 코팅의 필름 중 어느 것도 복잡한 형상의 조명 사인 하우징에서 조명 효율성 및 휘도 균일성을 모두 상당하게 증가시킬 수 있으며, 당업자는 복잡한 형상의 사인물에 사용되는 다양한 필름을 선택할 수 있다.
네온 조명 튜브 또는 광파이버가 사인의 문자 형상 내에서 매우 잘 구부려질 수 있기 때문에 휘도 균일성의 향상은 채널 문자 형태로 네온 후방 조명된 복잡한 형상의 조명 사인 하우징으로 용이하고 정성적으로 확인된다. 이러한 유용성의 설명 및 기타 실시예를 이하의 예로 나타낸다.
예 1과 예 2 및 비교예 A∼D
복잡한 형상의 "G" 채널 문자에 대한 4개의 조명 사인 하우징이 달성되었다. 각각은 네온 조명으로 조명되었으며 높이는 대략 60 cm이다. 변압기는 원격으로 연결된다. 2 채널 문자는 직렬로 연결되었다. 채널 문자 2 개는 4000 volts에서 30 mA 출력을 갖는 단일 변압기에 의해 전력이 공급된다. 기타 2 개의 문자는 4000 volts에서 60 mA 출력을 갖는 단일 변압기에 의해 전력이 공급된다. 2 개의 채널 문자의 각 세트에 있어서, 한 문자는 단일 행의 네온으로 조명되었고, 다른 문자는 이중 행의 네온으로 조명되었다. 각 행의 네온 튜브가 일반적으로 평행하게 채널 문자의 형상에 이어진다.
각 채널 문자의 휘도는 1/3 도 지점에서 미놀타 모델 LS-110(일본의 미놀타 카메라 캄파니)을 사용하여 측정되었다. 휘도계는 각 채널 문자의 면에 대하여 유지되었다. 각 채널 문자상의 9 개 점에서 측정되었다. 광의 출력, 컬러 및 온도를 안정시키기 위해 4 시간 조명된 후에, 각 채널 문자의 휘도가 측정되어 기록되었다. 백색으로 페이트된 내부 표면으로 제작된 문자(#1∼#4)가 비교예(A∼D)가 되었다. 문자(#1, #3)는 미국 특허 제 4,539,256 호(심프만 등)에 따라 제조된 두께 300 ㎛, 오일 아웃의 미다공성 막으로 정렬되었다. 이렇게 수정된 문자(#1, #3)는 예 1과 예 2가 되었다. 이중 코팅 테이프는 채널 문자의 내부 표면에 미다공성 막을 부착시키는데 사용된다. 미다공성 막은 채널 문자의 내부 표면 전체에 사용된다. 이하의 표는 미다공성 막의 부착 전과 부착 후, 9 개 지점에서의 평균 휘도이다.
평균 휘도
예 필름 전력(mAmps) 네온 행 평균 휘도(Candela/m2)
A 무 30 단일 185
1 유 30 단일 366
B 무 30 이중 332
C 무 60 단일 383
2 유 60 단일 733
D 무 60 이중 658
이 표는 사용된 네온 조명이 단일 행이던지 이중 행이던지 관계없이, 확산 반사성 필름을 사용하면 동일한 전력에서 휘도가 배가되거나 2 배의 전력을 소비하는 사인의 휘도와 동일해짐을 나타낸다. 그러므로, 당업자는 사인 하우징으로부터 발산하는 휘도에서 드러나는 바와 같이 에너지 사용 효율을 2 배로 하면서도, 휘도 또는 전력 중 더 중요한 파라미터를 조절할 수 있다.
동일한 예에서, 채널 문자상의 가장 밝은 점과 채널 문자상의 가장 희미한 점에서의 휘도를 모두 측정함으로써 휘도 균일성을 테스트하였다. 그러므로, 최고 휘도/최저 휘도의 비율을 얻을 수 있었다. 표 2는 그 결과를 나타낸다.
휘도 균일성
예 필름 전력(mAmps) 네온 행 휘도 균일성 비
A 무 30 단일 2.20
1 유 30 단일 1.65
B 무 30 이중 1.67
C 무 60 단일 1.93
2 유 60 단일 1.58
D 무 60 이중 1.40
표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 예 1의 네온 조명은 단일행이지만, 실질적으로 비교예 B와 휘도 균일성 비가 같다. 더욱이 예 2는 2 배의 전력에도 불구하고 실질적으로 예 1과 휘도 균일성 비가 같다. 그러므로, 당업자는 조명 사인의 미적 외관을 중점으로 하여 휘도 균일성을 조절할 수 있다.
본 발명은 이상의 실시예에 제한되지 않는다. 청구범위는 다음과 같다.

Claims (10)

  1. 외장면과 복수의 비외장 내부 표면을 포함하는 조명 사인 하우징으로서,
    상기 조명 사인 하우징은 의도 메시지를 전달하기 위해 복잡한 기하학으로 구성된 주변 형상을 구비하며, 적어도 상기 비외장 내부 표면의 일부에 도포된 필름을 구비하고,
    상기 필름은 확산 반사성 필름 및 이 확산 반사성 필름이 적층되거나 코팅된 거울 반사성 필름으로부터 선택되며, 상기 필름은 ASTM E1164-94를 사용하여 측정할시 적어도 90 %의 반사율을 갖고 이 필름이 도포되지 않은 동일한 형상의 사인 하우징보다 휘도 효율성 및 휘도 균일성이 모두 증가하는 것인 조명 사인 하우징.
  2. 제1항에 있어서, 상기 확산 반사성 필름은 ASTM E1164-94를 사용하여 측정할 시 적어도 90 %의 반사율을 갖고, 상기 확산 반사성 필름의 적어도 90 %의 반사율이 1 % 증가하면 휘도가 약 5∼7 % 증가하며, 상기 확산 반사성 필름은 열유도성 상 분리 폴리머 필름을 포함하는 것인 조명 사인 하우징.
  3. 제2항에 있어서, 상기 폴리머 필름은 하나의 주 표면상에 감압 접착제층을 갖고 상기 필름 및 접착제층의 두께는 대략 50∼500 ㎛의 범위에 속하는 것인 조명 사인 하우징.
  4. 제1항에 있어서, 상기 확산 반사성 필름은 구멍에 백색 입자를 갖고 있는 다공성 폴리올레핀 필름 또는 비상용성 폴리머 혼합물을 포함하는 것인 조명 사인 하우징.
  5. 제1항에 있어서, 상기 필름은 반거울 반사성 필름이거나, 적층된 확산 반사성 필름 또는 확산된 반사성 코팅을 갖는 거울 반사성 필름인 것인 조명 사인 하우징.
  6. 외장면 및 복수의 비외장 내부 표면을 포함하는 조명 사인 하우징으로서,
    적어도 상기 비외장 내부 표면의 일부에 필름이 도포되고,
    상기 필름은 확산 반사성 필름 및 이 확산 반사성 필름이 적층되거나 코팅된 거울 반사성 필름으로부터 선택되며, 상기 필름은 ASTM E1164-94를 사용하여 측정할시 적어도 90 %의 반사율을 갖고, 이 필름이 도포되지 않은 동일한 형상의 사인 하우징보다 휘도 효율성 및 휘도 균일성이 모두 증가하는 것인 조명 사인 하우징.
  7. (a) 외장면과 복수의 비외장 내부 표면을 포함하는 조명 사인 하우징을 제공하는 단계와,
    (b) 확산 반사성 필름 및 이 확산 반사성 필름이 적층되거나 코팅된 거울 반사성 필름으로부터 필름을 선택하는 단계로서, 상기 필름은 ASTM E1164-94를 사용하여 측정할시 적어도 90 %의 반사율 갖고, 이 필름이 도포되지 않은 동일한 형상의 사인 하우징보다 휘도 효율성 및 휘도 균일성이 모두 증가되는 것인 필름 선택 단계와,
    (c) 상기 조명 사인 하우징의 비외장 내부 표면의 적어도 일부에 상기 필름을 도포하는 단계를 포함하는 사인물용 필름 사용 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 도포 단계는 상기 내부 표면에 상기 필름을 부착하는단계를 포함하는 것인 사인물용 필름 사용 방법.
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